瑞安市金河水库保安工程大坝防渗加固设计

摘 要：瑞安市金河水库大坝经多次除险加固以后，因存在质量问题，大坝仍存在渗漏。经对产生渗漏的原因进行分析，及防渗加固的方案比选，确定采用坝基帷幕灌浆和坝体劈裂灌浆再对大坝进行防渗处理。结果表明，该防渗加固方案有效地解决了大坝渗漏问题。

关键词：土石坝；除险加固；渗漏；坝基；坝体；帷幕灌浆；劈裂灌浆

中图分类号：TV 文献标识码：A 文章编号：

1工程概况

瑞安市金河水库位于瑞安市塘下镇罗凤办事处，水系属八水溪大罗山支流，集雨面积3.9km2，坝高19.77m，坝顶长116m，坝顶高程为254.83m（黄河高程，不同），正常库容为92.2万m3，总库容为122.6万m3。水库枢纽由拦水坝、溢洪道和放水隧洞等建筑物组成，是一座以防洪、供水、灌溉等综合利用的小型水库。

金河水库于1957年10月动工，1958年4月竣工，坝顶高程为249.80m，1963年大坝加高到254.83m高程，工程运行过程中发现坝体多处渗漏水。

2工程运行存在问题与原因分析

本工程水库虽经多次除险加固，但水库在蓄水运行过程中都有或多或少的渗漏水点存在，目前较明显的渗漏水点有3处，一处在高程252.0m离左侧山体2.5m，一处在高程245.0m坝坡面中间位置，另一处在原排水涵洞封堵后的出口处，同时在坝体背水坡其它位置还存在多处阴湿散渗的现象。

根据2007年10月《瑞安市金河水库测压管工程竣工报告》资料显示，大坝土体防渗系数在4.33×10-4-2.66×10-6cm/s之间，且分布规律性不强，坝体填土体以下约3-3.5m基岩为中风化凝灰岩，岩石节理裂隙发育，表明在大坝施工过程中未能严格控制好心墙、斜墙部位的填土质量，局部土体防渗性能不能满足规范要求，导致了蓄水后坝体背水坡产生较多的渗漏水点现象，坝基基岩也有渗漏水的通道存在。

3大坝防渗处理方案的选择

3.1坝基防渗处理方案

帷幕灌浆是目前坝基防渗处理的唯一方法，它主要用来处理大坝坝基渗漏及坝基与坝体的接触渗漏问题。帷幕灌浆应根据工程的具体情况和重要程度采用不同的灌浆材料，可形成水泥灌浆帷幕、化学灌浆帷幕及水泥化学混和型的灌浆帷幕。本工程水库有供水的功能，考虑到饮用水的安全，本工程坝基防渗选用单一的水泥灌浆帷幕进行处理。

3.2坝体防渗处理方案

3.2.1坝体防渗处理方案的比选

坝体防渗处理方案较多，在选择防渗处理方案时，不但要求技术上的可行性，还需考虑尽可能保持其原貌，不产生太大的破坏或拆除重建，以减少在社会上的负面影响，同时还必须做到节省投资，并能在较短时间内解决水库的渗漏问题。经坝体防渗加固方案分析比较，最后确定选用劈裂灌浆和套井回填2个方案进行比选。

3.2.1.1劈裂灌浆方案

劈裂灌浆是在充填灌浆基础上发展起来的，主要用来处理均质土坝和心墙坝的坝体渗漏及坝体裂缝，可解决坝体变形稳定和渗透稳定问题，该项技术打破了传统的以渗透和充填为主的灌浆模式，通过“少灌多复”的工艺，使裂缝、空洞不断得到充填，浆液反复互压，泥浆不断排水固结，形成一道或多道致密的连续泥墙壁，起到防渗加固作用。同时通过劈灌压实了坝体，释放了坝体拉应力，建立坝体新的应力平衡，增加坝体变形稳定和渗透稳定。该项技术机理明确、工艺简单、造价便宜，在我省病险水库除险加固处理中已广泛应用，并取得了较好的技术效果和经济效益。

3.2.1.2套井回填方案

套井回填是我省较早使用的技术，是目前处理病险水库坝体渗漏的一种常用手段。它是利用冲抓式打井机具，在土坝或堤防渗漏范围造井，用粘土分层回填夯实，形成连续套接粘土防渗墙，截断渗流通道，起到防渗的目的。此外，在回填粘土夯击时，夯锤对井壁的土层挤压，使其周围土体密实，提高堤坝质量，从而达到防渗和加固的目的。但套井回填对土料及其含水量要求比较严格。

3.2.2 方案的选择

根据以上2个方案的比较后认为：劈裂灌浆机理明确，设备工艺简单，操作方便，施工质量较好控制，故确定坝体防渗加固采用劈裂灌浆方案。大坝灌浆顺序为先进行坝基帷幕灌浆，后进行坝体劈裂灌浆。

4 防渗加固设计

4.1坝基帷幕灌浆

坝基帷幕灌浆的技术要求如下：

⑴灌浆孔轴线。考虑到灌浆施工时坝顶人员、机械通行，帷幕灌浆孔布置在距离上游路肩0.5m处。

⑵灌浆段坝长116m，加上向左右坝肩两侧山体各延伸15m，共146m，孔距2m，布孔共74个。

⑶灌浆顺序。灌浆分III序施灌，先I序孔，再II序孔，再后III序孔，I序孔间距8m，II序孔间距4m，III序孔间距2m。

⑷钻孔方法。坝体土用干法造孔，坝基用回旋钻机冲水造孔，钻孔时坝体用套管保护。

⑸灌浆方法。灌浆采用全孔一次灌浆法，灌浆孔孔径为100mm，。

⑹灌浆孔深。根据《瑞安市金河水库测压管工程竣工报告》中工程地质剖面图分析，确定帷幕灌浆孔的深度暂定为5m，为防止坝基与坝体接触面的渗漏，将帷幕灌浆延伸入坝体1m。

⑺套管、注浆管、橡塞位置。接触段和基础灌浆时，套管下至心墙底止，注浆管距孔底0.2m，橡塞距套管底0.3m。

⑻灌浆材料及配合比。灌浆材料采用32.5级普通硅酸盐水泥，浆液比用6级控制，分别为5、3、2、1、0.8、0.6（或0.5）。施工中如发现个别孔基岩裂隙较为发育，帷幕灌浆采用无压力灌注，每米灌浆量0.5m3，限制吸浆率不超过5Lu，每次灌浆结束后停歇6h再进行第二次复灌。

⑼洗孔与压水试验。钻孔结束后，即冲洗钻孔至回水澄清，灌浆前进行简易压水试验，压水试验压力为灌浆压力的0.8倍。

⑽灌浆压力。灌浆压力由P=P+mD式计算，P为上覆土压力（取0.9rh），m为灌浆段顶板在岩石中每加深1m所允许的压力值（取0.025MPa），D为灌浆段顶板以上岩石厚度。

⑾封孔。坝基用0.5：1水泥浆封孔，采用机械压浆法。

⑿其它技术要求遵照DL/T5148-2001《水工建筑物水泥灌浆施工技术规定》实施。

4.2坝体劈裂灌浆

坝体劈裂灌浆时技术要求如下：

⑴灌浆孔轴线。劈裂灌浆孔布置在帷幕灌浆孔同一轴线上。

⑵劈灌范围。劈灌范围为原坝长116m范围内，孔距1m，布孔117个，造孔深度为原坝基面止。

⑶灌浆顺序。灌浆分III序施灌，先对坝体第I、II序孔进行灌浆，最后为第III序孔灌浆，I序孔孔距4m，II序孔孔距2m，III序孔孔距1m。

⑷钻孔方法。坝体土用干法造孔，孔径70mm。

⑸灌浆方法。灌浆采用由下至上进行，下套管分段灌浆，段长5m。

⑹重复灌浆和间隔时间。重复灌浆次数为大于或等于5次，灌浆间隔时间为5-7d。

⑺帷幕厚度确定。帷幕厚度的计算步骤为：根据坝体的实际边界轮廓，先列出其渗流计算公式，然后根据已知计算参数来反推其合理的帷幕厚度。该土坝的实际计算宽度为L1=L3+δcp+L2+L，其中L=H1，L3=+（H-H1）m1，L2为帷幕下游坝宽度。

当下游无水时，其渗流量及浸润线在下游坝脚的出逸高度的计算公式为：

q=

ho=（m2+0.5）

金河水库大坝高H=19.77m，正常水位H1=15.27m，坝顶宽度b=2.5m，上游边坡系数m1为1：2.2，下游边坡系数m2为1：2，坝体渗透系数取坝体中间具有代表性三孔平均值K=9.75×10-5cm/s，泥浆幕体渗透系数Kˊ=10-7cm/s，L1为整个坝体计算宽度，q为单宽渗流量，ho为浸润线出逸点高度，δcp为浆体帷幕厚度。经计算浆幕厚度为0.08m，下游浸润线出逸点高度小于原设计高度，由帷幕所形成的渗透坡降在浆体允许坡降内。

⑻单次灌浆量以每米孔深0.3m3左右控制。

⑼土料与泥浆指标。灌浆用土为黏土，灌浆所用的泥浆指标为：密度1.35-1.55g/cm3，黏度20-50s，稳定性0.1-0.15g/cm3，胶体率大于70%，失水量10-30cm3/min，含砂量小于10%。

⑽劈灌压力估算。允许最大劈灌孔口压力由P=Rh+δt-rˊhˊ估算，式中：R为坝体土的密度，取值1.9t/m3；h为计算点以上的坝高；δ为土的单轴抗拉强度，取值3.0t/m2；rˊ为泥浆密度，由当时实际密度确定；h’为泥浆柱高。为坝体劈开后，最大灌压（表压力）原则上控制在小于或等于0.1MPa。

⑾劈灌时泥浆密度选择。起劈时均采用1.35g/cm3的泥浆，当坝体劈裂后，改用1.40-1.55g/cm3的泥浆。

⑿劈灌结束标准及封孔。当浆液上升至孔口，经连续复灌3次不再吃浆（一经灌浆即坝顶冒浆），即终止灌浆，然后用1.55-1.60g/cm3密度的泥浆封孔，浆面下降时补浆，直至不再下降为止。

⒀观测桩埋设与观测。在劈裂灌浆施工前布置不少于2个断面的观测桩，观测桩用木桩或混凝土桩，桩身座落在坝体的实土上。劈灌日观测不少于2次，待灌日为1次，相对水平位移控制在3cm以内。

⒁其它技术要求遵照SD266—88《土坝坝体灌浆技术规范》实施。

5大坝防渗加固效果

水库大坝经防渗处理后，已经过蓄水后多次高蓄水位的运行考验，大坝背水坡原渗水点基本消失，达到了预期的防渗效果，并于2009年6月通过保安工程完工验收。

6结语

通过对瑞安市金河水库保安工程大坝防渗处理的工程实践，认为坝基帷幕灌浆和坝体劈裂灌浆联合起来使用能够有效地解决大坝的渗漏问题，该办法也可用于类似于该工程条件的大坝防渗加固。实践证明，该方案不但技术上可行，而且经济效益也显著。